前言

FreeRTOS內(nèi)核調(diào)度大量使用了列表（list）和列表項（list item）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。我們?nèi)绻胍惶紽reeRTOS背后的運行機制，首先遇到的攔路虎就是列表和列表項。對于FreeRTOS內(nèi)核來說，列表就是它最基礎(chǔ)的部分。我們在這一章集中講解列表和列表項的結(jié)構(gòu)以及操作函數(shù)，在下一章講解任務(wù)創(chuàng)建時，會用到本章的知識點。

列表被FreeRTOS調(diào)度器使用，用于跟蹤任務(wù)，處于就緒、掛起、延時的任務(wù)，都會被掛接到各自的列表中。用戶程序如果有需要，也可以使用列表。

FreeRTOS列表使用指針指向列表項。一個列表（list）下面可能有很多個列表項（list item），每個列表項都有一個指針指向列表。如圖1-1所示。

圖1-1：列表與列表項

列表項有兩種形式，全功能版的列表項xLIST_ITEM和迷你版的列表項xMINI_LIST_ITEM。我們來看一下它們具體的定義，先看全功能版。

struct xLIST_ITEM
{
     listFIRST_LIST_ITEM_INTEGRITY_CHECK_VALUE           /*用于檢測列表項數(shù)據(jù)是否完整*/
     configLIST_VOLATILE TickType_t xItemValue;           /*列表項值*/
     struct xLIST_ITEM * configLIST_VOLATILE pxNext;      /*指向列表中下一個列表項*/
     struct xLIST_ITEM * configLIST_VOLATILE pxPrevious;  /*指向列表中上一個列表項*/
     void * pvOwner;                                     /*指向一個任務(wù)TCB*/
     void * configLIST_VOLATILE pvContainer;             /*指向包含該列表項的列表 */
     listSECOND_LIST_ITEM_INTEGRITY_CHECK_VALUE          /*用于檢測列表項數(shù)據(jù)是否完整*/
};
typedef struct xLIST_ITEM ListItem_t;

宏listFIRST_LIST_ITEM_INTEGRITY_CHECK_VALUE和listSECOND_LIST_ITEM_INTEGRITY_CHECK_VALUE用于檢查列表項數(shù)據(jù)是否完整，在projdefs.h中，如果將宏configUSE_LIST_DATA_INTEGRITY_CHECK_BYTES設(shè)置為1，則使能列表項數(shù)據(jù)完整性檢查，則宏listFIRST_LIST_ITEM_INTEGRITY_CHECK_VALUE和listSECOND_LIST_ITEM_INTEGRITY_CHECK_VALUE會被兩個已知的數(shù)值代替。

xItemValue是列表項值，通常是一個被跟蹤的任務(wù)優(yōu)先級或是一個調(diào)度事件的計數(shù)器值。如果任務(wù)因為等待從隊列取數(shù)據(jù)而進入阻塞狀態(tài)，則任務(wù)的事件列表項的列表項值保存任務(wù)優(yōu)先級有關(guān)信息，狀態(tài)列表項的列表項值保存阻塞時間有關(guān)的信息。這個變量被configLIST_VOLATILE修飾，configLIST_VOLATILE被映射成C語言關(guān)鍵字volatile，表明這個變量是“易變的”，告訴編譯器不得對這個變量進行代碼優(yōu)化，因為列表項的成員可能會在中斷服務(wù)程序中被更新。關(guān)于volatile關(guān)鍵字，如果不是熟悉的話，可以參考我的博文《編寫優(yōu)質(zhì)嵌入式C程序》第3.2.4節(jié)。

pxNext和pxPrevious是列表項類型指針，用來指向列表中下一個和上一個列表項，通過這兩個指針，列表項之間可以形成類似雙向鏈表結(jié)構(gòu)。

指針pvOwner通常指向一個任務(wù)TCB。

指針pvContainer指向包含該列表項的列表。

迷你版的列表項xMINI_LIST_ITEM是全功能版列表項xLIST_ITEM的一個子集，定義如下所示：

struct xMINI_LIST_ITEM
{
     listFIRST_LIST_ITEM_INTEGRITY_CHECK_VALUE           /*用于檢測列表項數(shù)據(jù)是否完整*/
     configLIST_VOLATILE TickType_t xItemValue;
     struct xLIST_ITEM * configLIST_VOLATILE pxNext;
     struct xLIST_ITEM * configLIST_VOLATILE pxPrevious;
typedef struct xMINI_LIST_ITEM MiniListItem_t;

既然有了全功能版的列表項，為什么還要聲明迷你版的列表項呢？這是因為列表結(jié)構(gòu)體需要一個列表項成員，但又不需要列表項中的所有字段，所以才有了迷你版列表項。列表結(jié)構(gòu)體定義為：

typedef struct xLIST
{
     listFIRST_LIST_INTEGRITY_CHECK_VALUE                        /*用于檢測列表項數(shù)據(jù)是否完整*/
     configLIST_VOLATILE UBaseType_t uxNumberOfItems;
     ListItem_t * configLIST_VOLATILE pxIndex;                   /*用于遍歷列表*/
     MiniListItem_t xListEnd;                                    /*列表項*/
     listSECOND_LIST_INTEGRITY_CHECK_VALUE                       /*用于檢測列表項數(shù)據(jù)是否完整*/
}List_t;

和列表項定義相同，宏listFIRST_LIST_INTEGRITY_CHECK_VALUE和listSECOND_LIST_INTEGRITY_CHECK_VALUE用于檢查列表項數(shù)據(jù)是否完整，在projdefs.h中，如果將宏configUSE_LIST_DATA_INTEGRITY_CHECK_BYTES設(shè)置為1，則使能列表項數(shù)據(jù)完整性檢查，則宏listFIRST_LIST_ITEM_INTEGRITY_CHECK_VALUE和listSECOND_LIST_ITEM_INTEGRITY_CHECK_VALUE會被兩個已知的數(shù)值代替。

uxNumberOfItems表示該列表中掛接的列表項數(shù)目，0表示列表為空。

列表項類型指針用于遍歷列表，列表初始化后，這個指針指向&xListEnd。通過宏listGET_OWNER_OF_NEXT_ENTRY()來獲取列表中的下一個列表項。

列表項xListEnd用于標(biāo)記列表結(jié)束。xListEnd.xItemValue被初始化為一個常數(shù)，其值與硬件架構(gòu)相關(guān)，為0xFFFF（16位架構(gòu)）或者0xFFFFFFFF（32位架構(gòu)）。

下面我們看一下列表操作。FreeROTS提供了幾個API函數(shù)，用于初始化列表和列表項以及列表項插入操作。

1.初始化列表

列表結(jié)構(gòu)體中包含一個列表項成員，主要用于標(biāo)記列表結(jié)束。初始化列表就是把這個列表項插入到列表中。

void vListInitialise( List_t * const pxList )
{
     /*列表索引指向列表項*/
     pxList->pxIndex = ( ListItem_t * )&( pxList->xListEnd );                  
     /* 設(shè)置為最大可能值 */
     pxList->xListEnd.xItemValue =portMAX_DELAY;
     /* 列表項xListEnd的pxNext和pxPrevious指針指向了它自己 */
     pxList->xListEnd.pxNext = (ListItem_t * ) &( pxList->xListEnd );
     pxList->xListEnd.pxPrevious= ( ListItem_t * ) &( pxList->xListEnd );
     pxList->uxNumberOfItems = ( UBaseType_t) 0U;
      /* 設(shè)置為已知值，用于檢測列表數(shù)據(jù)是否完整*/
     listSET_LIST_INTEGRITY_CHECK_1_VALUE(pxList );
     listSET_LIST_INTEGRITY_CHECK_2_VALUE(pxList );
}

如果宏configUSE_LIST_DATA_INTEGRITY_CHECK_BYTES設(shè)置為1，則使能列表項數(shù)據(jù)完整性檢查，則宏listSET_LIST_INTEGRITY_CHECK_1_VALUE()和listSET_LIST_INTEGRITY_CHECK_2_VALUE被一個已知值代替，默認(rèn)為0x5a5a（16位架構(gòu)）或者0x5a5a5a5a（32位架構(gòu)）。

假設(shè)禁止列表數(shù)據(jù)完整性檢查，初始化后的列表如圖1-2所示，uxNumberOfItems被初始化為0，xListEnd.xItemValue初始化為0xffffffff，pxIndex、xListEnd.pxNext和xListEnd.pxPrevious初始化為指向列表項xListEnd。

圖1-2：初始化后的列表

2.初始化列表項

列表項的初始比較簡單，只要確保列表項不在任何列表中即可。

void vListInitialiseItem( ListItem_t * const pxItem )
{
     pxItem->pvContainer = NULL;
     /*設(shè)置為已知值，用于檢測列表項數(shù)據(jù)是否完整*/
     listSET_FIRST_LIST_ITEM_INTEGRITY_CHECK_VALUE(pxItem );
     listSET_SECOND_LIST_ITEM_INTEGRITY_CHECK_VALUE(pxItem );
}

如果宏configUSE_LIST_DATA_INTEGRITY_CHECK_BYTES設(shè)置為1，則使能列表項數(shù)據(jù)完整性檢查，則宏listFIRST_LIST_ITEM_INTEGRITY_CHECK_VALUE和listSECOND_LIST_ITEM_INTEGRITY_CHECK_VALUE會被兩個已知的數(shù)值代替，默認(rèn)為0x5a5a（16位架構(gòu)）或者0x5a5a5a5a（32位架構(gòu)）。

假設(shè)禁止列表項數(shù)據(jù)完整性檢查，初始化后的列表項如圖1-3所示。僅是將指針pvContainer設(shè)置為空指針，該指針用于指向包含該列表項的列表，這里設(shè)置為NULL表示這個列表項不屬于任何列表。

圖1-3：初始化后的列表項

3.將列表項插入到列表中，列表項所在的位置取決于列表項的列表項值（xItemValue）。

每個列表項對象都有一個列表項值（xItemValue），通常是一個被跟蹤的任務(wù)優(yōu)先級或是一個調(diào)度事件的計數(shù)器值。調(diào)用API函數(shù)vListInsert( List_t * const pxList, ListItem_t * const pxNewListItem)可以將pxNewListItem指向的列表項插入到pxList指向的列表中，列表項在列表的位置由pxNewListItem->xItemValue決定，按照升序排列。

void vListInsert( List_t * const pxList, ListItem_t * const pxNewListItem )
{
ListItem_t *pxIterator;
const TickType_t xValueOfInsertion = pxNewListItem->xItemValue;
         /* 檢查列表和列表項數(shù)據(jù)的完整性，僅當(dāng)configASSERT()定義時有效。*/
         listTEST_LIST_INTEGRITY( pxList );
         listTEST_LIST_ITEM_INTEGRITY(pxNewListItem );
         /*將新的列表項插入到列表，根據(jù)xItemValue的值升序插入列表。*/
         if( xValueOfInsertion == portMAX_DELAY)
         {
                   pxIterator =pxList->xListEnd.pxPrevious;
         }
         else
         {
                   for( pxIterator = (ListItem_t * ) &( pxList->xListEnd );pxIterator->pxNext->xItemValue <= xValueOfInsertion; pxIterator =pxIterator->pxNext )
                   {
                            /* 這里為空 */
                   }
         }
         pxNewListItem->pxNext =pxIterator->pxNext;
         pxNewListItem->pxNext->pxPrevious= pxNewListItem;
         pxNewListItem->pxPrevious =pxIterator;
         pxIterator->pxNext = pxNewListItem;
         pxNewListItem->pvContainer = ( void* ) pxList;
         ( pxList->uxNumberOfItems )++;
}

根據(jù)xItemValue的值將新的列表項插入到列表。如果列表中存在與新列表項xItemValue值相同的列表項，則新插入的列表項位于它之后。如果列表項的xItemValue值等于portMAX_DELAY（列表結(jié)束標(biāo)記，我們在講列表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時，說到每個列表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體中都有一個列表項成員xListEnd，用于標(biāo)記列表結(jié)束。xListEnd.xItemValue被初始化為一個常數(shù)，其值與硬件架構(gòu)相關(guān)，為0xFFFF或者0xFFFFFFFF。這個常數(shù)在移植層定義，即宏portMAX_DELAY），則表示到達了列表結(jié)束位置。

我們用圖示的方法來講解這個函數(shù)，我們假設(shè)一個列表項值（xItemValue）為32的列表項插入到如圖1-2所示的初始化后的列表中，調(diào)用vListInsert()函數(shù)后，列表和列表項的關(guān)系如圖1-4所示。列表項xListItem_1的成員指針pxNext和pxPrevious都指向了xListEnd，而xListEnd的成員指針pxNext和pxPrevious都指向了列表項xListItem_1；列表項xListItem_1的成員指針pvContainer指向了列表xList_1；列表成員uxNumberOfItems為1。

圖1-4：將列表項插入到列表

在此基礎(chǔ)上，如果再將一個列表項值（xItemValue）為40的列表項插入到列表中，調(diào)用vListInsert()函數(shù)后，列表和列表項的關(guān)系如圖1-5所示。

圖1-5：將列表項插入到列表

4.將列表項插入到列表末端

第3節(jié)講的API插入函數(shù)是根據(jù)列表項中的列表項值（xItemValue）來決定插入位置的，本節(jié)所講的API函數(shù)vListInsertEnd()是簡單的將列表項插入到列表的末端。在下一章任務(wù)創(chuàng)建分析的文章中，將會遇到這個API函數(shù)，到時再以圖標(biāo)的形式分析這個函數(shù)，現(xiàn)在給出這個函數(shù)的源碼。

void vListInsertEnd( List_t * const pxList, ListItem_t * const pxNewListItem )
{
ListItem_t* const pxIndex = pxList->pxIndex;
         /*檢查列表和列表項數(shù)據(jù)的完整性，僅當(dāng)configASSERT()定義時有效。*/
         listTEST_LIST_INTEGRITY( pxList );
         listTEST_LIST_ITEM_INTEGRITY(pxNewListItem );
         /*向列表中插入新的列表項*/
         pxNewListItem->pxNext = pxIndex;
         pxNewListItem->pxPrevious =pxIndex->pxPrevious;
         mtCOVERAGE_TEST_DELAY();
         pxIndex->pxPrevious->pxNext =pxNewListItem;
         pxIndex->pxPrevious = pxNewListItem;
         pxNewListItem->pvContainer = ( void* ) pxList;
         ( pxList->uxNumberOfItems )++;
}

以上就是FreeRTOS進階系列列表和列表項示例分析的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于FreeRTOS進階列表和列表項的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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